Разрушаване на съчмен лагер от кулата на товарен кран тип MACGREGOR

1. Разрушаване на съчмен лагер от кулата на товарен кран тип MACGREGOR

2. Общ вид на изследвания обект Вътрешна гривна Външна гривна А Незакалена зона със затворен канал Изрязани сектори за изследване Външна гривна D Външна гривна C Недефектна зона Дефектна зона B

3. Общ вид на изрязаните сектори от гривните на лагера и на изследваните зони и образци от тяхзона „А“ зона „В“ зона „С“зона „D“ Образци за удар Образци за удар Макро- и микрошлифове Образци за опън Образци за опън Образец за спеклтрален анализ Образец за спеклтрален анализ

4. D/2 ф45 Профил в меката зона Сечение на границата с меката зона Макрошлифове от вътрешния пръстен Сечение в меката зона ф45 Прекъснат канал в незакалената зона Профил на границата с меката зона

5. Сечение на шлифа Сектор от недеформираната зонна D/2 D/2 Макрошлиф ф45 ф45 Макрошлифове от външния пръстен Откъртен зак.слой Профил на недефектиралата зона Профил на дефектиралата зона Макрошлиф Сечение на шлифа Сектор от деформираната зонна

6. 1000 1000 900 900 800 800 700 700 600 600 500 Rm, N.mm-2 500 400 Rm=931 400 300 300 200 Rp=756 100 200 0 100 0 10 20 30 40 0 0 10 20 30 40 Rm, N.mm-2 Rm=908 A=21 % Rp=734 , % A=18,3 % , % Якостни и пластични характеристики на стоманата Външен пръстен Вътрешен пръстен

7. 1 1 2 2 3 3 +200С -200С Ударна жилавост на стоманата на външен пръстен

8. 1 1 2 2 3 3 -200С Ударна жилавост на стоманата на вътрешен пръстен

9. 600 500 400 Твърдост, HV 5 300 200 100 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Разстояние от повърхността, m m Твърдост на закаления слой на външен пръстен Недефектна зона 600 524 4 8 0 5 01 487 524 500 208 501 473 199 252 400 246 227 Твърдост, HV5 227 300 200 Дефектна зона 100 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 m m Расзтояние от повърхността,

10. 600 500 400 Твърдост, HV5 300 200 241 100 237 190 234 225 237 0 227 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Разстояние от повърхността, m m 494 Твърдост на закаления слой на вътрешен пръстен 509 460 423 210 208 216 210 В закалената зона В незакалената зона

11. Зона А Зона А 20,3 50,9 26,8 28,7 31,8 27,2 50 50,9 31,4 20,4 20,6 27,4 30,1 28,8 32,6 28,3 20,1 Зона В 20,1 Дефектирал участък 57,3 64,4 58,8 63,9 59,8 Зона около щифта Разпределение на твърдостта в „меката точка“ на външния пръстен и на съчмата Щтифт Съчма

12. Химически състав на стоманите Табл.1 Табл.2

13. Неметални включвания в стоманата на външен пръстен Сулфиди Окиси В стоманата В закаления слой

14. Неметални включвания в стоманата на вътрешен пръстен Окиси Окиси

15. Микроструктура и микротвърдост (HV0,05) в закаления слой и стоманата на външен пръстен 378 262 677 753 330 358 713 271 713 310 3612 В закаления слой В преходния слой В стоманата

16. Микроструктура и микротвърдост (HV0,05) в закаления слой и стоманата на вътрешен пръстен 358 613 244 623 362 252 Преходен слой Под слоя Закален слой

17. Пукнатини в закаления слой от недефектната зона на външен пръстен Неметални частици Неметални частици Пукнатина Пукнатина

18. Повърхностни дефекти Пукнатини в закаления слой Пукнатини в закаления слой Откъртен закаления слой Външен пръстен

19. Дефект от пренаклеп в незакалената зона Пукнатини в закаления слой Повърхностни дефекти Окислена пукнатина в закаления слой Вътрешен пръстен

20. 1.Лагерните пръстени са изработени от подобряема легирана конструкционна стомана, съответствуваща на марка 42CrMo4 по БДС EN 10305. 2.Стоманата и за двата пръстена е с повишено количество на неметалните включвания, които са от типа точкови окиси и сулфиди, оценени по БДС 3326 с бал, съответно окиси точкообразни ОТ /скала 2/бал 2÷3, сулфиди С/скала 6а/бал 1а. 3. Основната структура на стоманата е отвърнат мартензит, получена от последователна термична обработка (нормализация-закалка-високо отвръщане) с твърдост 28-29 HRC. 4.Регистриран е закален слой по тороидалните работни повърхности на пръстените с дебелина 5-8 мм със структура дребнозърнест мартензит и твърдост 49-51 HRC. 5.И в двата пръстена са регистрирани незакалени зони с дължина от 50-80 мм („меки точки“),маркирани със символа „S”, като на външния прътен е изработен технологичен отвор за поставяне на съчмите и е затворен с щифт с твърдост 20 HRC, а на вътрешния пръстен в тази зона е затворен масления канал. 6.Зъбите на вътрешния лагерен пръстен не са закалени. 7.По закалената работна повърхност и на двата пръстена са регистрирани множество микро и макро пукнатини, част от които са окислени, което свидетелствува за ранен етап на тяхното появяване. По дължината на пукнатините са открити неметални частици. 8.Установена е макро деформация на вътрешния пръстен в зоната на „меката точка“, изразяваща се в диаметрално нарастване на тороидалната лагерна повърхност, от което следва нарушаване на линейността на лагера и хлабината му. 9.В силно деформираната зона на външния пръстен на лагера, която съвпада с максималните огъващи моменти при натоварване на крана, са регистрирани значителни пластични деформации, довели до откъртване на закиаления слой, прегъване на натовареното сечение, деформиране на отворите на болтовете и челата на пръстена. Изводи:

21. 10.Якостните и пластичните свойства на стоманата и на двата пръстена са в регламентираните в стандарта DIN EN 10083-3:2007-01 изисквания за стомана 42CrMo4 в структурно състояние получено след термична обработка (нормализация-закалка –високо отвръщане). Известно понижение се забелязва на напречното свиване (Z), което свидетелствува за понижена пластичност на стоманата. 11. Ударната жилавост на стоманата при 200С е в стандартните изисквания, но при -200С е по-ниска от изискванията, което определя известна склонност към студена крехкост на стоманата. 12. Стоманата и на двата пръстена с твърдост 27-30HRC. 13. Закаленият слой и на двата пръстена е с дебелина от 5 до 8 мм (замерена в изследваните зони и сечения), като твърдостта варира между 450 и 550НV (45-54 HRC). (Дебелина на закаления слой от 8 мм за този вид и размер на лагерни пръстени е прекалено голяма, което окрехкостява като цяло пръстена, особенно в тънките сечения. По литературни и каталожни данни се препопръчва дебелина от 3 до мах 5 мм закален слой). 14. Щифтът, затварящ технологичния отвор в външния пръстен не е закален и е с твърдост 20HRC. 15. Съчмата е с твърдост 58-64 HRC, което отговаря на изискванията за лагерни съчми. Дефектиралата диаметрална ивица на съчмата е следствие на интензивно триене от плъзгане по не тороидална повърхност, което се е получило в напреднала фаза на деформация на лагерните пръстени.

22. Сили от товара Сили от теглото на крана МОДЕЛ Огъващ момент от товара Направление на стрелата на крана Зони на свръхнатоварване с натискови напрежения Опасно сечение

23. МОДЕЛ на незакалените зони („меки точки“) в пръстените на лагера Вътрешен пръстен Външен пръстен Незакалена (мека) зона Незакалена (мека) зона S Прекъснат канал Щифт

24. ДЕФЕРМАЦИИна лагера

25. ДЕФЕРМАЦИИна лагера

26. ДЕФЕРМАЦИИна лагера

27. МОДЕЛ

28. Разрушаването на лагера не е еднократен акт, а продължителен процес на проява, активизиране и изостряне на скрити дефекти в материала и конструкцията му по време на неговата експлоатация. Крайният етап на неговото окончателно разрушаване се предхожда с едно непрекъснато зараждане и развитие на пукнатини в закаления слой, с което се създават условия за макропластична деформация на работните повърхности на двата му пръстена, нарушаване на линейността му и нарастване на хлабината му. Тези изменения в лагера са условия за динамично и анормално разпределение на натоварването, нарушено търкаляне и плъзгащо триене на съчмите, които особености са се проявявали и задълбочавали при нормалната му експлоатация. Установено е, че наличието на незакалена зона (мека точка) във вътрешния пръстен, равно вероятно попадаща под въздействие на максималните и минималните натоварвания , е предпоставката залокално деформиране на пръстена в тази зона. Като се има предвид и влошеното и смазване , поради прекъсването на смазващия канал в нея, може с голяма вероятност да се твърди, че именно в тази зона се е получила първата деформация на лагера, което е провокирало понататъшното му дефектиране. Локалната деформация на вътрешния пръстен в зоната на меката точка предизвиква моментни динамични и надкритични напрежения в отделни зони на външния пръстен при натоварване и движение на крана, което е предпоставка за поява на пукнатини и деформации в натоварените сечения на този пръстен. Повишеното количество на неметални частици в стоманата и понижената й ударна жилавост при по-ниски температури влошават контактната й якост и са причина за по-лесната поява и развитие на пукнатини особенно в закаления слой . Освен това, закаления слой е с дебелина, достигаща до 8 мм (по наше мнение-по-голяма от изискванията за подобни изделия – 3-5 мм), което като цяло окрехкостява пръстена и олеснява появата на пукнатини при контактно натоварване. В най-голяма степен външният пръстен на лагера е с повреден (напукване и откъртване) закален слой в задната (спрямо стрелата на крана) част, където в тънкото си сечение той се е отворил и е довел до крайното му дефектиране и срутване на крана при извършване на товарно-разтоварващи операции. Механизъм и причини на разрушаванена лагера

29. Заключение Едноредово съчмените радиални лагери с вътрешен зъбен венец използвани в корабни кранове тип MACGREDOR не позволяват претоварване, т.к. в двете си гривни притежават незакалени „меки точки“, които са концентратари на локални пластични деформации, водещи до нарушаване на линейността на лагера, динамичното му натоварване и понататъшното му деформиране, особенно на външния пръстен и то по време на нормална експлоатация на крана. Наличието на вътрешни дефекти, предизвикани още при тяхното производство, като некачестванна стомана, неправилна термична обработка, лошо закалена работна повърхност (малка или много голяма дебелина на закаления слой), груба механична обработка и др.(част от които бяха идентифицирани в изследвания дефектирал лагер) правят лагера извънредно чувствителен и податлив на деформиране.Начинът, по който е монтиран лагера към крана без обезопасяващи устройства, обуславя при неговата дефектация задължително срутване на крана. Именно поради тези причини този тип лагери изискват строго спазване на указанията за смазване, контрол и подържане на нормалното им състояние.